一种碳纤维增强型复合材料铺层顺序识别方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种碳纤维增强型复合材料铺层顺序识别方法及系统，该方法包括：采用超声探头对碳纤维增强型复合材料层合板扫描获得三维超声信号；确定三维超声信号的时间维度中超声探头接收到对碳纤维增强型复合材料层合板的反射信号的时间范围；将时间帧信号转换成波数域信号，并将波数域信号中所包含角度对应的像素点的波数域信号强度值进行累加，得到各角度的信号强度累加值；根据各信号强度累加值中最大值对应的角度确定时间帧信号对应时刻的纤维角度；根据按照时间顺序进行排列的各纤维铺层角度确定碳纤维增强型复合材料层合板的纤维铺层顺序。本发明专利技术避免对检测材料结构造成破坏，不影响操作人员的身体健康，提高了结构铺层顺序的识别效率。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增强型复合材料铺层顺序识别方法及系统
本专利技术涉及碳纤维增强型复合材料的质量检测
，特别是涉及一种碳纤维增强型复合材料铺层顺序识别方法及系统。
技术介绍
碳纤维增强型复合材料(Carbonfiberreinforcedpolymer,CFRP)在航空航天等领域的广泛应用，对其结构设计、加工成型、运行维护等方方面面都提出了更高的要求。当前在CFRP结构自动化加工还未普及的前提下，人工参与仍是CFRP加工成型的主要环节。人工铺设难免会存在错铺、漏铺现象，违背结构设计初衷，影响结构工作性能，因此有必要对出厂件进行铺层顺序的质量检测。目前常用边缘撕拨方法，在CFRP结构边缘将层合板逐层撕开观察，但本质上会对结构产生破坏性影响。无损检测技术是指在不影响结构本身健康状态的前提下，对结构内部的特性进行表征、检测的方法，可以服务于从结构设计到运行维护的各个阶段。X光断层扫描技术能够对CFRP层合板中的纤维排布进行三维成像，但该技术不利于操作人员身体健康；涡流检测方法对纤维方向敏感性高，能够识别出结构中存在的纤维铺设角度种类，但难以区分其在厚度方向上的铺设顺序。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种碳纤维增强型复合材料铺层顺序识别方法，避免对碳纤维增强型复合材料结构造成破坏的同时不影响操作人员的身体健康，提高了结构铺层顺序的识别效率。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种碳纤维增强型复合材料铺层顺序识别方法，所述方法包括：采用超声探头对碳纤维增强型复合材料层合板在一个平面内进行逐点扫描获得三维超声信号，所述三维超声信号是以层结构所在平面为二维平面且以所述超声探头接收到的反射信号的时间为第三维度的三维超声信号空间；确定所述三维超声信号的时间维度中所述超声探头接收到对所述碳纤维增强型复合材料层合板的反射信号的时间范围；将所述时间范围内各时刻的二维平面内的反射信号定义为各时间帧信号；根据所述时间帧信号内的反射信号确定所述时间帧信号对应的波数域信号；确定所述波数域信号中所包含的角度及所述角度对应的像素点；将所述波数域信号中与所述角度对应的像素点的波数域信号强度值进行累加，得到各角度的信号强度累加值；根据所述时间帧信号中各信号强度累加值中最大值对应的角度确定所述时间帧信号对应时刻的纤维铺层角度；将各时刻的纤维铺层角度按照时间顺序进行排列，确定所述碳纤维增强型复合材料层合板的纤维铺层顺序。可选的，所述超声探头的发射信号频率为20MHz，所述超声探头的接收反射信号的采样频率为100MHz，所述超声探头在水平方向(x,y)上的扫描点数为100×100，扫描间隔为1mm。可选的，所述确定所述超声探头接收到反射信号的时间范围的具体方法包括：随机提取一个扫描点的反射信号，根据所述反射信号中上表面反射波中最大幅值对应的时刻T0和下表面反射波中最大幅值对应的时刻T1确定所述时间范围为不小于T0且不大于T1。可选的，所述波数域信号中各像素点对应的角度的计算方法：对各所述时间帧信号中反射信号做二维傅里叶变换：将所述二维空间内反射信号A(x,y,t0)转换至二维波数域(kx，ky)内，t0表示各所述时间帧信号对应的时刻；利用公式计算像素点(kx，ky)对应的角度θ。可选的，所述超声探头通过机械手臂连接到二维扫描平台上，所述超声探头在所述机械手臂的驱动下实现二维空间的S形扫描。本专利技术还公开了一种碳纤维增强型复合材料铺层顺序识别系统，所述系统包括：三维超声信号获取模块，用于采用超声探头对碳纤维增强型复合材料层合板在一个平面内进行逐点扫描获得三维超声信号，所述三维超声信号是以层结构所在平面为二维平面且以所述超声探头接收到的反射信号的时间为第三维度的三维超声信号空间；时间范围确定模块，用于确定所述三维超声信号的时间维度中所述超声探头接收到对所述碳纤维增强型复合材料层合板的反射信号的时间范围；时间帧信号定义模块，用于将所述时间范围内各时刻的二维平面内的反射信号定义为各时间帧信号；波数域像素点对应角度确定模块，用于根据所述时间帧信号内的反射信号确定所述时间帧信号对应的波数域信号；确定所述波数域信号中所包含的角度及所述角度对应的像素点；信号强度累加模块，用于将所述波数域信号中与所述角度对应的像素点的波数域信号强度值进行累加，得到各角度的信号强度累加值；纤维角度确定模块，用于根据所述时间帧信号中各信号强度累加值中最大值对应的角度确定所述时间帧信号对应时刻的纤维铺层角度；纤维铺层顺序确定模块，用于将各时刻的纤维铺层角度按照时间顺序进行排列，确定所述碳纤维增强型复合材料层合板的纤维铺层顺序。可选的，所述超声探头的发射信号频率为20MHz，所述超声探头的接收反射信号的采样频率为100MHz，所述超声探头在水平方向(x,y)上的扫描点数为100×100，扫描间隔为1mm。可选的，所述确定所述超声探头接收到反射信号的时间范围的具体方法包括：随机提取一个扫描点的反射信号，根据所述反射信号中上表面反射波中最大幅值对应的时刻T0和下表面反射波中最大幅值对应的时刻T1确定所述时间范围为不小于T0且不大于T1。可选的，所述波数域信号中各像素点对应的角度的计算方法：对各所述时间帧信号中反射信号做二维傅里叶变换：将所述二维空间内反射信号A(x,y,t0)转换至二维波数域(kx，ky)内，t0表示各所述时间帧信号对应的时刻；利用公式计算像素点(kx，ky)对应的角度θ。可选的，所述超声探头通过机械手臂连接到二维扫描平台上，所述超声探头在所述机械手臂的驱动下实现二维空间的S形扫描。根据本专利技术提供的
技术实现思路
，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术公开了一种碳纤维增强型复合材料铺层顺序识别方法及系统，该方法包括：采用超声探头对碳纤维增强型复合材料层合板在一个平面内进行逐点扫描获得三维超声信号；确定所述三维超声信号的时间维度中所述超声探头接收到对所述碳纤维增强型复合材料层合板的反射信号的时间范围；根据所述时间帧信号内的反射信号确定所述时间帧信号对应的波数域信号；确定所述波数域信号中所包含的角度及所述角度对应的像素点；将所述波数域信号中与所述角度对应的像素点的波数域信号强度值进行累加，得到各角度的信号强度累加值；将所述时间帧信号中各信号强度累加值中最大值对应的角度作为所述时间帧信号对应时刻的纤维铺层角度；将各时刻的纤维铺层角度按照时间顺序进行排列，确定所述碳纤维增强型复合材料层合板的纤维铺层顺序，避免了对碳纤维增强型复合材料层合板结构上的破坏，而且操作简单识别快速，提高了纤维铺层顺序的识别效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维增强型复合材料铺层顺序识别方法，其特征在于，所述方法包括：/n采用超声探头对碳纤维增强型复合材料层合板在一个平面内进行逐点扫描获得三维超声信号，所述三维超声信号是以层结构所在平面为二维平面且以所述超声探头接收到的反射信号的时间为第三维度的三维超声信号空间；/n确定所述三维超声信号的时间维度中所述超声探头接收到对所述碳纤维增强型复合材料层合板的反射信号的时间范围；/n将所述时间范围内各时刻的二维平面内的反射信号定义为各时间帧信号；/n根据所述时间帧信号内的反射信号确定所述时间帧信号对应的波数域信号；/n确定所述波数域信号中所包含的角度及所述角度对应的像素点；/n将所述波数域信号中与所述角度对应的像素点的波数域信号强度值进行累加，得到各角度的信号强度累加值；/n根据所述时间帧信号中各信号强度累加值中最大值对应的角度确定所述时间帧信号对应时刻的纤维铺层角度；/n将各时刻的纤维铺层角度按照时间顺序进行排列，确定所述碳纤维增强型复合材料层合板的纤维铺层顺序。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强型复合材料铺层顺序识别方法，其特征在于，所述方法包括：
采用超声探头对碳纤维增强型复合材料层合板在一个平面内进行逐点扫描获得三维超声信号，所述三维超声信号是以层结构所在平面为二维平面且以所述超声探头接收到的反射信号的时间为第三维度的三维超声信号空间；
确定所述三维超声信号的时间维度中所述超声探头接收到对所述碳纤维增强型复合材料层合板的反射信号的时间范围；
将所述时间范围内各时刻的二维平面内的反射信号定义为各时间帧信号；
根据所述时间帧信号内的反射信号确定所述时间帧信号对应的波数域信号；
确定所述波数域信号中所包含的角度及所述角度对应的像素点；
将所述波数域信号中与所述角度对应的像素点的波数域信号强度值进行累加，得到各角度的信号强度累加值；
根据所述时间帧信号中各信号强度累加值中最大值对应的角度确定所述时间帧信号对应时刻的纤维铺层角度；
将各时刻的纤维铺层角度按照时间顺序进行排列，确定所述碳纤维增强型复合材料层合板的纤维铺层顺序。


2.根据权利要求1所述的种碳纤维增强型复合材料铺层顺序识别方法，其特征在于，所述超声探头的发射信号频率为20MHz，所述超声探头的接收反射信号的采样频率为100MHz，所述超声探头在水平方向(x,y)上的扫描点数为100×100，扫描间隔为1mm。


3.根据权利要求1所述的种碳纤维增强型复合材料铺层顺序识别方法，其特征在于，所述确定所述超声探头接收到反射信号的时间范围的具体方法包括：
随机提取一个扫描点的反射信号，根据所述反射信号中上表面反射波中最大幅值对应的时刻T0和下表面反射波中最大幅值对应的时刻T1确定所述时间范围为不小于T0且不大于T1。


4.根据权利要求1所述的种碳纤维增强型复合材料铺层顺序识别方法，其特征在于，所述波数域信号中各像素点对应的角度的计算方法：
对各所述时间帧信号中反射信号做二维傅里叶变换：将所述二维空间内反射信号A(x,y,t0)转换至二维波数域(kx，ky)内，t0表示各所述时间帧信号对应的时刻；
利用公式计算像素点(kx，ky)对应的角度θ。


5.根据权利要求1所述的种碳纤维增强型复合材料铺层顺序识别方法，其特征在于，所述超声探头通过机械手臂连接到二维扫描平台上，所述超声探头在所述机械手臂的驱动下实现二维空间的S形扫描。


6.一种碳纤维增强型复合材料铺层顺序识别系统，其特征在于，所述系统包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金玲，裘天政，刘婧，季宏丽，裘进浩，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32